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标准编号 | GB/T 20833.4-2021 (GB/T20833.4-2021) | 中文名称 | 旋转电机 绕组绝缘 第4部分:绝缘电阻和极化指数测量 | 英文名称 | Rotating electrical machines -- The winding insulation -- Part 4: Measurement of insulation resistance and polarization index | 行业 | 国家标准 (推荐) | 中标分类 | K20 | 国际标准分类 | 29.160.01 | 字数估计 | 34,324 | 发布日期 | 2021-03-09 | 实施日期 | 2021-10-01 | 起草单位 | 上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司、铜陵精达特种电磁线股份有限公司、山西电机制造有限公司、中车永济电机有限公司、山东华力电机集团股份有限公司、东方电气集团东方电机有限公司、哈尔滨大电机研究所、上海电器设备检测所有限公司 | 归口单位 | 全国旋转电机标准化技术委员会(SAC/TC 26) | 标准依据 | 国家标准公告2021年第3号 | 提出机构 | 中国电器工业协会 | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 |
GB/T 20833.4-2021
Rotating electrical machines -- The winding insulation -- Part 4: Measurement of insulation resistance and polarization index
ICS 29.160.01
K20
中华人民共和国国家标准
旋转电机 绕组绝缘
第4部分:绝缘电阻和极化指数测量
2021-03-09发布
2021-10-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 绝缘电阻组成部分及影响因素 2
5 极化指数 3
6 绝缘电阻的测试 3
7 测量结果的说明 8
8 绝缘电阻和极化指数极限推荐值 9
9 试验报告 10
附录A(资料性附录) 其他直流测试 12
附录B(资料性附录) 直流电的电流分量 16
附录C(资料性附录) 合成树脂绝缘高压绕组的测试结果实例 20
附录D(资料性附录) 利用测试数据作图估算温度修正的斜率参数X 24
附录E(资料性附录) 测试泄漏电流评估相间绝缘电阻 25
参考文献 27
图1 直流电压试验中绕组绝缘的等效电路图 3
图2 整体绕组测试的连接方式 6
图3 相对地测试的连接方式 6
图A.1 DAR计算结果为1.09时电流和绝缘电阻的测试 13
图A.2 50MVA水轮发电机的三相绕组上施加2.5kV阶跃电压后的充电电流和放电电流 13
图B.1 不同电流与时间的关系 16
图C.1 以对数刻度表示清洁干燥绝缘中合成电流与时间的关系 20
图C.2 清洁干燥绝缘中绝缘电阻与时间的关系 20
图C.3 受潮和污染绝缘中合成电流与时间的关系 21
图C.4 受潮和污染绝缘中绝缘电阻与时间的关系 21
图C.5 在干燥清洁表面具有连续端部防晕层绝缘中合成电流与时间的关系 23
图C.6 在干燥清洁表面具有端部防晕层绝缘中电阻与时间的关系 23
图D.1 对数坐标纸上作图估算斜率参数X 24
图E.1 相间测试的连接方式,测试设备不与地相接,也可采用其他相间的组合方式 25
图E.2 使用带有保护连接的测量仪器测量相间泄漏电流 26
图E.3 使用不带有保护连接的测量仪器测量相间泄漏电流 26
表1 用于修正温度的参数X 的值 4
表2 绝缘电阻测量时施加的直流电压范围指导准则 7
表3 基准温度40℃时绝缘电阻的最小推荐值 9
表4 高压绝缘结构极化指数的最小推荐值 10
表D.1 不同绕组温度下的绝缘电阻测试结果实例 24
旋转电机 绕组绝缘
第4部分:绝缘电阻和极化指数测量
1 范围
GB/T 20833的本部分规定了旋转电机的定子和转子绕组绝缘电阻及极化指数的测试程序。
本部分规定了额定功率750W 及以上旋转电机绕组绝缘电阻和极化指数的最小推荐值。本部分
适用于低压、高压交流和直流旋转电机。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
Chapter411:Rotatingmachinery)
3 术语和定义
IEC 60050-411界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
额定电压 ratedvoltage
对三相交流电机,指两相之间的额定线电压;对单相电机,指额定线电压;对直流电机和励磁电机,
指额定直流电压。
3.2
绝缘电阻 insulationresistance
绕组抵抗直流电流的电气绝缘能力。施加电压后的某一特定时刻(t),所施加的直流电压除以通过
绝缘的总直流电流的商。
注1:电压施加时间通常为1min(Ri1)和10min(Ri10),但也可使用其他值。时间t的单位规定:1至10的单位为
分,15及以上的单位为秒。
注2:绝缘电阻有时简写为IR。
3.3
极化指数 polarizationindex
PI
在两个不同时间测量的绝缘电阻的商。通常,用施加直流电压后t2 和t1 分别为10min和1min
的值,这是绝缘状态的一项指标。
注:其他时间参见附录A的A.2。
3.4
极化电流 polarizationcurrent
IP
极化指数是指施加直流电压后的t2 时刻绝缘电阻除以t1 时刻绝缘电阻的商,见公式(1),其中t2=
10min,t1=1min。
PI=
Ri10
Ri1
(1)
在特殊的应用场合中,也可采用其他时刻的绝缘电阻计算得到的商值作为极化指数,这时要加以说
明(参见附录A)。10min内读取更多的数据可以提供更多信息。
极化指数反映了两个特定时间点之间的绝缘电阻变化,因此,比单个的绝缘电阻值更好,它还可表
明绕组表面的污染物和水分沉积状况,以及绕组吸收潮气的状况。但是它可能无法判断由于不合理的
浸渍工艺和热损坏所导致的内部孔隙。
极化指数可用来评估绕组是否能进行耐压试验以及是否能够投入运行,还可提供绝缘结构状态评
定所需要的信息。
由于极化电流在施加电压后的1min到10min内可以忽略不计,因此极化指数的测试可能无法用
于散绕的小型电机、发电机转子的励磁绕组、非绝缘励磁、鼠笼式转子绕组以及直流电机电枢。
极化指数取决于绝缘结构的类型,特别是绝缘材料的性质以及绕组生产的工艺(对合成树脂类、虫
胶漆类和沥青类,见7.1)。同时还取决于端部防晕层的种类(参见附录C的C.3)以及测试电压的大小
(见6.4.1)。如果在1min到10min之间绕组温度保持恒定,那么温度对极化指数的影响不大(见
6.1.2)。
极化指数宜达到最小值的要求(推荐值见8.3)后,方可进行耐压测试或投入运行。
6 绝缘电阻的测试
6.1 影响绝缘电阻测试的因素
6.1.1 概述
绝缘电阻测试结果取决于环境因素,主要是绕组温度和空气湿度。绕组温度对绝缘电阻的影响可
用经验数据或试验测量来评估,可用于不同温度下绝缘电阻测试结果的修正(见6.1.2)。
空气的相对湿度会影响表面泄漏电流,这种影响通常难以评估,因为空气的相对湿度主要取决于空
略不计。
6.2 检测设备
对于直接测量法,优选的设备是欧姆表。Ri1读数小于5000MΩ时,数字式高阻计宜满足以下
条件:
---显示:三位数;
---精度:读数精度±5%,量程精度±5。
如果没有绝缘电阻计,绝缘电阻能通过测量电压和电流得到(间接法)。该方法可能用到稳压直流
电源、伏特表、微安表。实际上,直流电压源输出的电压会有波动,导致电流也会变化:ic(t)=C0dU0/
dt。由于大部分高压电机的电容C0 很大,所以直流电源应具有最小的稳定性和噪声以忽略这种影响。
根据电压和电流的读数,按公式(4)计算得到绝缘电阻:
Rit=U/It (4)
式中:
Rit---t时刻的绝缘电阻值,单位为兆欧(MΩ);
U ---直流电压源的测量电压(电压表读数),单位为伏特(V);
It ---t时刻的测量的电流(电流表读数),单位为微安(μA)。
测量较大的绝缘电阻值时,为了避免测试电缆泄漏电流和电容的影响,宜使用带有保护的仪表。
整套仪器设备应在5s内将电压升至试验值。
6.3 试品和测试电路
6.3.1 概述
根据试验目标及其设计,采用不同的试验电路。为检查绝缘电阻最小的推荐值,应对绕组整体进行
测试;为检查各相绕组和绕组相互间的绝缘问题,如果各相绕组之间能够很容易地断开,则应逐相进行
测量。为达到试验目的,应使用相同的连接方式。
如果可能,如电缆、开关、电容器和电流互感器等所有的外接设备都应与绕组断开连接。要记录与
绕组连接的设备。
对直接水冷绕组进行绝缘电阻测试,宜完全排干水使内部电路完全干燥。可能有些水冷绕组制造
商已经提供不必排出冷却水进行绝缘电阻测量方法。通常,如果水不排除则水的电导率宜小于生产厂
家的推荐值。在此情况下,水的电导率会极大程度上影响绝缘电阻值,因此可预估,PI=1,Ri10=
1MΩ。
任何情况下,未测试的绕组元件都应接地,以避免不良影响,例如补偿电流或测试回路的感应交流
电流。
6.3.2 三相定子绕组
6.3.2.1 整体绕组对地测试的连接方式
所有相的绕组连接在一起,如图2所示。
绝缘测试是电机校准的一项重要内容,宜在试验前和试验后进行,用100MΩ左右的高压电阻检查
设备的运行。这对电池供电的设备尤为重要。
6.7.2 特殊流程
为了获得绝缘状况的更多信息,也可以使用其他测试流程,详情参见附录A。
7 测量结果的说明
7.1 概述
绝缘电阻和极化指数可用于以下几个方面,但不限于:
---评估一台电机是否适合进行耐压试验或投入运行,可基于获得绝缘电阻和极化指数的最小推
荐值(见7.2);
---只要所涉及的可控变量测试条件相同,给定电机的绝缘电阻和极化指数的历史资料可以用来
判断若干年后其绝缘状态变化趋势的有效方法(见7.3);
---只要所涉及的可控变量测试条件相同,通过测试绝缘电阻和极化指数来比较每相绕组或相同
设计的不同电机的绝缘状况。
基于以上几点,测试时应充分考虑影响测试结果的因素(见7.4)。
7.2 试验和运行的可行性
绝缘电阻和极化指数可用来对电机耐压试验和投入运行的可行性进行评估。电机的绝缘电阻和极
化指数宜大于最小推荐值(见表3和表4)。如果测试值小于最小推荐值,则不宜对电机进行耐压试验
或投入运行,除非存在设计原因或有此类较低数值的记录。
绝缘电阻也可以用来判断绕组是否在耐压试验中被破坏。假如耐压试验后的绝缘电阻值远小于试
验前,说明耐压试验过程中绝缘可能被破坏,即使由于高故障电流的存在,测试电压并不会迅速下降。
如果测试值因污染或过分受潮而低于最小推荐值,排除存在绝缘缺陷的可能性后,可以通过清洗和
干燥的措施改善测量结果。绝缘电阻数值可用于监测干燥过程的有效性。
如果40℃时的绝缘电阻Ri1值大于5000MΩ,那么极化指数值可不做规定且可不考虑。
对虫胶和沥青基绝缘结构,过高的极化指数(如大于8)说明绝缘可能已经热老化,发生失效的风险
会很高。如果物理检查(如敲击绝缘)发现绝缘干枯及脆化,那么最好不要对绕组清洗或进行耐压试验。
如果电机重新投入运行,随时可能发生故障。
7.3 绝缘状况趋势分析
如果能得到电机绝缘电阻(Ri1)的历史资料,将当前的试验结果与之前的比较有助于了解绝缘的状
况,然而具备相似条件的比较试验是非常重要的,即绕组温度、电压范围、测试持续时间和相对湿度(见
6.1)。同时,尽可能使用相同的测试设备。对在不同绕组温度下的试验结果进行比较,宜将结果修正到
相同的基准温度(见6.1.2)。
如果Ri1或PI与之前的读数相比急剧下降则说明表面污染或受潮。当温度提高(60℃以上)时PI
值较低,为了检查真实的绝缘状况,宜在露点以上且40℃以下进行第二次测量。
7.4 不同电机或不同相之间的比较
如果整个绕组的Ri1小于5000MΩ,则相同电机之间Ri1或PI的显著差异可能表示表面污染、受潮
或绝缘损坏。在此情况下,宜查明导致差异的原因。
中的特征极化电流IP可以使1min时和10min时的绝缘电阻值导致显著的变化。
如果在读取1min时和10min时的绝缘电阻之间,绕组温度发生了明显变化,那么应将数值修正
至基准温度40℃后再计算极化指数。
表4 高压绝缘结构极化指数的最小推荐值
表4中最小推荐值不适用于:
---散绕绕组的小型电机、无绝缘励磁绕组的电机、鼠笼型转子绕组以及直流电机电枢(见第5
章);
---绕组连接与电流接触的带端部防晕层的电机(参见附录B的B.6和附录C的C.3);
---Ri1值 >5000MΩ的绕组 (见7.5)。
9 试验报告
9.1 运行中的绕组
试验报告中宜至少提供试验数据、试验结论。如果用于绝缘状况的趋势分析和比较,还要对试验结
果加以说明。试验报告宜包括下列内容:
a) 标识信息:
---工厂名称;
---电机编号。
b) 测量日期。
c) 环境状况:
---环境温度;
---绕组温度;
---计算绝对湿度和露点的相对温度和环境温度。
d) 测试仪器:
---名称、型号;
---生产厂家;
---序列号;
---计量有效日期。
e) 测试电路、仪器设置和试验条件:
---测试电压、极性;
---测试时长(如有要求)。
f) 试验测量条件下的绝缘特性,并修正至基准温度:
---1min时的绝缘电阻;
---10min时的绝缘电阻(如适用);
---极化指数(如适用);
---温度修正(如适用)。
g) 绘制测量曲线(如适用):
---被测电流对时间的关系,对数坐标为佳;
---被测绝缘电阻对时间的关系,对数坐标为佳。
h) 试验人员姓名。
i) 记录特定信息。
j) 注释(如与标准测试流程不同的地方、试验过程中观察到的现象等)。
宜将所有测试结果以原始数据的形式保存,以供将来参考。
根据文件类型、独立检测认证,或作为状态评估报告的一部分,报告内容可包括相应的附加信息,如
工作模式、电机寿命等。
9.2 新绕组
对全新的绕组,绝缘电阻试验可作为耐压试验的补充,在耐压试验前后分别进行1min的绝缘电阻
测试。
因此,一份完整的测试报告所要求的大部分信息,都会成为耐压试验协议的一部分。9.1中定义的
所需信息可能已经足够充分。
附 录 A
(资料性附录)
其他直流测试
A.1 概述
本部分所述的绝缘电阻测试和极化指数计算,在实际操作中通过直流电压和直流电流来了解绕组
状态并非唯一的方法。除了测定绝缘电阻和极化指数以外,新式的绝缘测试仪提供了其他方法。
本附录总结了目前评估旋转电机绕组状态更好的方法,包括改变测试时间、直流测试电压和环境条
件等。
A.2 介电吸收比(DAR)
极化指数(PI)一般定义为10min时的绝缘电阻(Ri10)和1m......
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